DE868634C

DE868634C - Process for generating high electrostatic charges

Info

Publication number: DE868634C
Application number: DE1949P0033440
Authority: DE
Inventors: Eugen Dr-Ing Feifel; Rudolf Dr-Ing Prochazka
Original assignee: Dr-Ing Eugen Feifel Wien; Dr-Ing Rudolf Prochazka Muerzzuschlag (oesterreich)
Current assignee: Dr-Ing Eugen Feifel Wien; Dr-Ing Rudolf Prochazka Muerzzuschlag (oesterreich)
Priority date: 1948-12-15
Filing date: 1949-02-06
Publication date: 1953-02-26
Also published as: AT170219B

Description

Verfahren zur Erzeugung hoher elektrostatischer Aufladungen In der Dampfelektrisiermaschine von Armstrang lädt sich der Dampfkessel negativ, der unter Druck ausströmende Dampf positiv auf. In neuerer Zeit sind Hochspannungsstaubgeneratoren mit Selbsterregung, also ohne Sprüh- und Glühelektroden, entwickelt worden, in denen z. B. Mg0-haltige Staubluft durch eine Düse aus MgO gedrückt wird; an einem isolierten Gitter wird eine Spannung bis zu 9ooo V gemessen. In einer anderen bekannten Anordnung wird ein Luftstrom mit beispielsweise 3 bis q. m/s Geschwindigkeit, der mit Kieselerdestaub beladen ist, durch mehrere Kupferröhren gedrückt, die leitend mit einer diese Röhren umgebenden Hohlkugel verbunden sind. Mit dieser Anordnung werden schon höhere Aufladungen erzielt, bei Entnahmeströmen in der Größenordnung von (5o bis ioo) i o-6 A.Process for generating high electrostatic charges In the Armstrang steam electrifying machine charges the boiler negatively, while the under The pressure of escaping steam has a positive effect. In more recent times, high-voltage dust generators are with self-excitation, i.e. without spray and glow electrodes, in which z. B. Mg0-containing dust air is forced through a nozzle made of MgO; on an isolated A voltage of up to 900 V is measured on the grid. In another known arrangement an air flow with, for example, 3 to q. m / s speed with silica dust is loaded, pushed through several copper tubes, which are conductive with one of these tubes surrounding hollow sphere are connected. With this arrangement higher charges are achieved achieved, with withdrawal flows in the order of magnitude of (50 to 100) i o-6 A.

Es sind auch Anordnungen bekannt, in denen staubhaltige Luft mit überschallgeschwindigkeit durch Lavaldüsen getrieben wird, worauf sie an Sprüh- oder Glühelektroden vorbeigeführt und dadurch aufgeladen wird. Es handelt sich dabei aber um einen von der Selbsterregung physikalisch vollkommen verschiedenen Vorgang.There are also known arrangements in which dusty air at supersonic speed is driven through Laval nozzles, whereupon it is led past spray or glow electrodes and is thereby charged. But it is one of self-excitement physically completely different process.

Bei der Selbsterregung entsteht nämlich die elektrische Aufladung durch einen reibungselektrischen Effekt der Staubteilchen infolge Berührung mit der inneren Oberfläche der durchströmten Röhre. Gemäß: der Erfindung können durch diese Selbsterregung erheblich größere und vor allem hinreichend schwankungsfreie Aufladungen der Staubteilchen im Gasstrom sowie der Rohrwand dadurch erzielt werden, daß. dem in das Rohr eintretenden Gasstrom ein Drall erteilt wird, der bewirkt, daß ein: möglichst großer Anteil seiner staubförmig verteilten Beimengungen von den an ,ihnen angreifenden Fliehkräften an die innere Oberfläche des Rohres getrieben wird und mit dieser in innige Berührung kommt.This is because self-excitation creates an electrical charge due to a triboelectric effect of the dust particles as a result of contact with the inner surface of the flow tube. According to: the invention Due to this self-excitation, they can be considerably larger and, above all, sufficiently fluctuation-free Charging of the dust particles in the gas flow and the pipe wall can be achieved by that. the gas flow entering the pipe is given a twist that causes that a: as large a proportion as possible of its dust-like admixtures of driven by the centrifugal forces attacking them to the inner surface of the pipe and comes into intimate contact with it.

Der für die Aufladung maßgebende Unterschied in den Dielektrizitätskons.tanten der Staubteilchen Lind der Rohrwand kann erforderlichenfalls dadurch vergrößert werden, daß die staubberührte Rohrwand mit einem Stoff belegt wird, dessen Dielektrizitätskonstante zu jener. des Staubes einen möglichst großen Unterschied zeigt.The decisive difference in the dielectric constants for charging the dust particles and the pipe wall can be enlarged as a result be that the dust-wetted pipe wall is covered with a substance whose dielectric constant to that. of the dust shows as great a difference as possible.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Abscheiden fein zerstäubter Beimengungen aus Gasen oder Dämpfen durch gleichzeitig oder aufeinanderfolgende Einwirkung von Fliehkräften und Coulombschen Kräften auf die elektrostatisch, aufgeladenen auszuscheidenden Teilchen.The invention also relates to a device for separating fine atomized admixtures of gases or vapors by simultaneous or successive Effect of centrifugal forces and Coulomb forces on the electrostatically charged particles to be eliminated.

In die im wesentlichen kreiszylindrische Schleuderkammer der unter dem Namen Zyklon bekannten Abscheider tritt das: zu trennende Gas-Staub-Gemisch mit einer tangentialen Geschwindigkeitskomponente ein. Aus dem kreisenden Gemischstrom wandern spezifisch schwerere Gemischteile unter der Einwirkung von Fliehkräften nach außen und unter der Mitwirkung von Nebenströmungen in einen Staubsammelraum, während. das gereinigte Gas die Schleuderkammer durch einen mittigen axialen Auslaßstutzen der Kammerstirnwand verläß@t. Unvermeidliche Abweichungen vom idealen Schleudervorgang haben zur Folge, daß der Wirkungsgrad eines solchen Zyklons kleiner als eins ist, d. h. daß ein mehr oder weniger großer Anteil des in die Schleuderkammer eingetretenen Staubes, anstatt in den Staubsammelraum ausgeschieden zu werden-, die Kammer mit dem abziehenden Gas: verläßt, In anderen, unter dem Namen Elektrofilter bekannten Vorrichtungen wird das Gas-Staub-Gemisch zwischen den geerdeten Wandungen einer Abscheidekammer entlang geführt. Durch die Sprühentladung eines dazwischen isoliert gespannten Sprühdrahtes werden die auszuscheidenden Teilchen elektrisch aufgeladen; sie wandern unter der Einwirkung der angelegten Spannung an die als Anode dienende Kammerwand, und sie gelangen von dort im wesentlichen unter dem Einfluß der Schwerkraft in einen Staubsammelraum. Auch der Wirkungsgrad dieser Elektrofilter ist naturgemäß, kleiner als eins. Unter sonst ähnlichen Bedingungen erfassen sie aber im allgemeinen noch feinere Beimengungen als der Zyklon; sie scheiden auch im Gegensatz zu dem selektiv wirkenden Zyklon die gröberen und feineren Staubteilchen annähernd gleich gut aus, sind aber gegen hohen Staubgehalt des Gases empfindlicher als die Fliehkraftabscheider.In the essentially circular cylindrical centrifugal chamber of the below The separator known as the cyclone occurs: the gas-dust mixture to be separated with a tangential velocity component. From the circulating mixture flow Specifically heavier parts of the mixture migrate under the influence of centrifugal forces to the outside and with the help of side currents in a dust collection room, while. the cleaned gas enters the centrifugal chamber through a central axial outlet port the chamber front wall leaves @ t. Inevitable deviations from the ideal spin process have the consequence that the efficiency of such a cyclone is less than one, d. H. that a more or less large proportion of what has entered the centrifugal chamber Dust, instead of being separated into the dust collection room, the chamber with the withdrawing gas: leaves, in others known as electrostatic precipitators Devices is the gas-dust mixture between the earthed walls of a Separation chamber passed along. Isolated by the spray discharge one in between When the spray wire is tensioned, the particles to be separated are electrically charged; under the action of the applied voltage, they migrate to the anode Chamber wall, and they get from there essentially under the influence of gravity in a dust collection room. The efficiency of these electrostatic precipitators is also natural, less than one. However, under otherwise similar conditions, they generally capture even finer admixtures than the cyclone; they also divorce contrary to that selectively acting cyclone the coarser and finer dust particles almost equally look good, but are more sensitive to the high dust content of the gas than the centrifugal separators.

Es ist weiterhin bekannt, bei größerer Staubkonzentration beide Verfahren derart zu vereinigen, daß das Elektrofilter durch ein vorgeschaltetes. Fliehkraftfilter entlastet wird. Ein solches kombiniertes Fliehkraftelektrofilter besteht dann aus zwei getrennten, durch einen Gaskanal verbundenen Kammersystemen, von denen das eine - den Schleuderraum bzw.. die Schleuderräume, das andere den Aufladungsraum bzw. die Aufladungsräumz enthö.lt. Es sind aber auch kombinierte Filter bekannt, bei denen z. B. die Schleuderkammerwand selbst als Niederschlagsanode dient und der Sprühdraht isoliert in der Achse der Schleuderkammer gespannt ist.It is also known that both methods can be used for higher dust concentrations to combine in such a way that the electrostatic precipitator through an upstream. Centrifugal filter is relieved. Such a combined centrifugal electrostatic precipitator then consists of two separate chamber systems connected by a gas duct, of which the one - the centrifugal chamber or the centrifugal chamber, the other the charging chamber or the charge space contains. However, combined filters are also known where z. B. the centrifugal chamber wall itself serves as a precipitation anode and the spray wire is insulated and tensioned in the axis of the centrifugal chamber.

Um solche kombinierte Filter im Wettbewerb mit selbständigen, hochwertigen Fliehkraftfiltern wirtschaftlich zu gestalten, muß der elektrische Teil der Vorrichtung einfach und billig sein.To such combined filters in competition with independent, high-quality To make centrifugal filters economical, the electrical part of the device must be easy and cheap.

Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Bedingungen besser als die bekannten Bauarten, indem an die Stelle der Aufladung der Staubteilchen mittels Sprühentladung der reibungselektrische Effekt der Staubteilchen bei der Berührung mit einem Teil der Strömungsberandung im Zyklon gesetzt wird.The present invention satisfies these conditions better than that known types by taking the place of the charging of the dust particles by means of Spray discharge the triboelectric effect of the dust particles on contact is set with part of the flow boundary in the cyclone.

Für einen solchen in der Zeichnung als Ausführungsbeispiel schematisch eingezeichneten Zyklon liegen vor allem im Reingasabzugsrohr 7 besonders günstige Voraussetzungen vor, weil das Gas mit dem Reststaub aus der Schleuderkammer i in dieses, Rohr mit hoher Geschwindigkeit eintritt, und weil sich dieser Reststaub infolge des vorangehenden Ausscheidungsprozesses in der Schleuderkammer i schon in unmittelbarer Wandnähe des Auslaßrohrs 7 bewegt und unter der Wirkung der Fliehkräfte in innige Berührung mit dieser Rohrwand 7 kommt.For such a schematic in the drawing as an exemplary embodiment The cyclone shown are particularly advantageous, especially in the clean gas flue pipe 7 Requirements because the gas with the residual dust from the centrifugal chamber i in this, pipe enters at high speed, and because of this residual dust as a result of the previous elimination process in the centrifugal chamber i already moved in the immediate vicinity of the wall of the outlet pipe 7 and under the action of centrifugal forces comes into intimate contact with this pipe wall 7.

Eine wirksame Berührungsfläche im Sinne der Aufladung der Staubteilchen läßt sich aber auch an anderen Wandungsstellen des Fliehkraftabscheiders z. B. dort gewinnen; wo bei 2. das Gas in diesen eintritt. Auch-können besondere Mittel zur Steigerung des reibungselektrischen Effektes herangezogen werden; beispielsweise kann das Gas-Staub-Gemisch im Eintrittsquerschnitt der Schleuderkammer oder im Auslaßstutzen 7 durch ein nicht dargestelltes Gitter von passend gewählter Lichtweite geführt oder hinter dem Auslaßstutzen 7 auf eine quer gestellte, nicht dargestellte diffusorartige Platte gelenkt werden. Und schließlich ist der Baustoff des für die Aufladung maßgebenden, von der übrigen Zyklon, wand bei 6 elektrisch isolierten Teils 7 der Strömungsberandung entsprechend- den reibungselektrischen Eigenschaften der Staubteilchen zu wählen oder diesen Eigenschaften durch-geeignete, an sich bekannte Oberflächenbehandlung anzupassen.' Die aufgeladenen, Staubteilchen werden anschließend in Raum ii in bekannter Weise an einer Niederschlag selektrode i4 gesammelt, deren Potential das dem eigenen Potential der Teilchen entgegengesetzte Vorzeichen aufweist.An effective contact surface in terms of charging the dust particles but can also be used on other wall points of the centrifugal separator z. B. there to win; where at 2. the gas enters this. Also-can be special means of Increase of the triboelectric effect can be used; for example the gas-dust mixture can be in the inlet cross-section of the centrifugal chamber or in the outlet nozzle 7 passed through a grid, not shown, of suitably selected light width or behind the outlet port 7 on a transverse, not shown diffuser-like Plate to be steered. And finally, the building material of the decisive for charging, from the rest of the cyclone, wall at 6 electrically isolated part 7 of the flow boundary to choose according to the triboelectric properties of the dust particles or these properties by suitable surface treatment known per se adapt. ' The charged, dust particles are then known in room ii Way collected at a precipitation selector electrode i4, the potential of which is that of your own Potential of the particles has opposite signs.

Die Erfindung betrifft außerdem eine weitere Aus gestaltung und Verbesserung der zur Abscheidung fein zerstäubter Beimengungen aus Gasen oder Dämpfen dienenden Vorrichtung durch die gleichzeitige oder aufeinanderfolgende Einwirkung von Fliehkräften und Coulombschen Kräften auf die elektrisch aufgeladenen, auszuscheidenden Teilchen, wodurch diese auseinanderstreben und nach außen an die Elektroden gelenkt werden, wobei sie ihre Ladung abgeben und sich dadurch aus dem strömenden Gas-Staub-Gemisch abscheiden.The invention also relates to a further design and improvement those used to separate finely atomized additions from gases or vapors Device by the simultaneous or successive action of centrifugal forces and Coulomb forces on the electrically charged particles to be separated, through which these diverge and are directed outwards to the electrodes, wherein they release their charge and thereby separate themselves from the flowing gas-dust mixture.

In jener Vorrichtung wird die Wirkung der zur Ausnutzung der Fliehkräfte dienenden Schleuderkammer i dadurch erhöht, daß die auszuscheidenden Teilchen an einem von den übrigen. Strömungsberandungsteilen elektrisch isolierten Wandungsteil 7 des Fliehkraftabscheiders durch Reibung elektrisch aufgeladen und dann anschließend, also in einem Raum i i unmittelbar hinter dem Austrittsende des Fliehkraftabscheiders bzw. seiner Reingasaustrittsröhre 7, an als Entnahmemittel dienenden Niederschlagselektroden 14 gesammelt werden, gegenüber denen die Staubteilchen eine Potentialdifferenz aufweisen.In that device, the effect of using the centrifugal forces serving centrifugal chamber i increased by the fact that the particles to be separated one of the rest. Flow boundary parts electrically insulated wall part 7 of the centrifugal separator is electrically charged by friction and then, so in a room i i immediately behind the outlet end of the centrifugal separator or its clean gas outlet pipe 7, on collecting electrodes serving as extraction means 14, compared to which the dust particles have a potential difference.

Um hinreichende Potentialdifferenzen bzw. Anziehungskräfte zwischen den Staubteilchen und den Niederschlagselektroden zu erreichen, -,verden bei dem bekannten Cottrellverfahren, bei dem die Rufladung der Teilchen mittels Sprühelektroden erfolgt, an letztere sehr hohe Spannungen, z. B. in der Größenordnung von 5o ooo V gegenüber den geerdeten Niederschlagselektroden gelegt.To ensure sufficient potential differences or attractive forces between to reach the dust particles and the collecting electrodes, - verden at the known Cottrell method, in which the charging of the particles by means of spray electrodes takes place, at the latter very high voltages, z. B. in the order of 50,000 V placed opposite the grounded collecting electrodes.

Andere Elektrostaubabscheider gewinnen die erforderliche Potentialdifferenz dadurch, daS die isolierten Niederschlagselektroden ihrerseits auch an einer äußeren Spannungsquelle liegen.Other electrical dust collectors gain the required potential difference in that the isolated collecting electrodes are also attached to an external one Voltage source.

Hierbei können geerdete oder an einer äußeren Spannungsquelle liegende Niederschlagselektroden Verwendung finden.This can be grounded or connected to an external voltage source Find collecting electrodes use.

Eine bedeutende Vereinfachung und Verbilligung wird aber, gemäß vorliegender Erfindung dadurch erzielt, daß die Rufladung des isolierten Strömu-ngsberandungsteils 7, die das entgegengesetzte Vorzeichen wie jene der Staubteilchen führt, dazu benutzt wird, Niederschlagselektroden 14 unter Spannung zu setzen, indem der isolierte Strömungsberandungsteil 7 mit diesen Niederschlagselektroden 14 leitend verbunden wird.A significant simplification and cheaper is, however, according to the present Invention achieved in that the call charge of the isolated flow boundary part 7, which has the opposite sign as that of the dust particles, is used for this purpose is to put collecting electrodes 14 under voltage by the insulated flow boundary part 7 is conductively connected to these precipitation electrodes 14.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for generating high electrostatic Call charges through self-excitement, in which one with dust-like admixtures loaded gas or vapor stream is driven through a pipe, characterized in that, that the gas-dust mixture entering the tube is given a twist, and that the dust particles that have emerged from the pipe with the swirl flow are suitable arranged removal means the charge is withdrawn again.

2. Procedure according to. Claim i, characterized in that the pipe wall which is in contact with dust is coated with a substance whose dielectric constant is as close as possible to that of the dust shows big difference.

3. Device for separating finely divided additions from gases or vapors, which in a way that generates charges of the admixtures be passed through a tube with a twist, according to claims 1 and 2, thereby characterized in that the device is designed in such a way subsequent to the tube is that the charged admixtures among the simultaneous or successive Effect of fleeing and. Coulomb forces diverge for the purpose of separation and by releasing their charges to extraction means that act as collecting electrodes to be deposited. q .. Device for separating finely atomized additions from gases or vapors through the action of centrifugal forces and Coulombs Forces on the electrically charged dust particles, in particular according to claim i to 3, characterized in that: a part of the flow boundary between the Entry into the device and exit from the device from the rest Flow boundary parts is electrically isolated and when touching the dust particles with the flow boundary part insulated in this way for the purpose of electron exchange between these two collision partners, d. H. the charge of the dust particles. 5. Device, in particular according to claim i to q., Characterized. marked that the electrically isolated from the rest of the flow boundary parts, to the triboelectric Wall part of the centrifugal separator serving as a charge for the dust particles Collecting electrodes for the charged dust particles is conductively connected.